Параметры пзс

Эффективность передачи зарядов показывает, какая часть за¬рядов переносится из одной потенциальной ямы в ближайшую следующую. Эффективность переноса зарядов

Одно из особенно больших достоинств ПЗС — большая эффективность, которая достигает в лучших приборах 99,999%. Так как очень близко к 1, то удобнее пользоваться обратным параметром — неэффективностью передачи, или коэффициентом потерь , который достигает для лучших образцов 10^-5. Естественно, что чем больше шагов переноса, тем больше потери.

Основная причина снижения эффективности в том, что часть зарядов захватывается ловушками, т. е. образованными на границе между диэлектриком и полупроводником поверхностными состояниями, структура которых отличается от требуемой, и способными притянуть к себе заряд. Эффективность будет тем больше, чем меньше время переноса заряда, а это значит, чем меньше расстояние между ячейками, чем выше подвижность носителей заряда, чем больше напряжение переноса.

Уровень шумов ПЗС определяется захватом некоторого количества носителей приповерхностными ловушками. Через некоторое время эти носители освобождаются из ловушки, увеличивая накопленный заряд в какой-либо ячейке. Эти шумы получили название шумов переноса. Создание скрытого слоя уменьшает уровень шумов переноса.

Диапазон тактовых частот ПЗС ограничен снизу и сверху. Нижняя частота связана с наличием термогенерации носителей заряда за счет температуры. Основные носители оттесняются вглубь под действием тактового напряжения, а неосновные притягиваются к поверхности и накапливаются у границы раздела диэлектрика с полупроводником. Эти заряды накапливаются в потенциальных ямах независимо от напряжения сигнала. Чем выше температура, тем больше этих зарядов. Так как заметное накопление зарядов в ячейке за счет термогенерации может произойти за сотые доли секунды, то, чтобы термогенерация не повлияла на переносимый заряд, нижняя тактовая частота должна составлять не менее единиц килогерц. Верхняя частота связана р перебросом заряда из ячейки в другую соседнюю и достигает десятков мегагерц.

Области применения пзс

Фоточувствительные приборы. Одно из основных направлений применения ПЗС — создание фоточувствительных твердотельных приборов, заменяющих вакуумные электронные передающие трубки.

Принцип действия такого прибора, созданного на основе ПЗС, заключается в том, что в отдельной ячейке МДП-конденсатора происходит непосредственное преобразование энергии светового потока в электрическую энергию. Если энергия кванта света превышает энергию, соответствующую ширине запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной, то происходит явление генерации — образование электрона и дырки проводимости. Эти носители заряда в полупроводнике под действием электрического поля, образованного за счет тактового напряжения, разделяются. Основные носители оттесняются в глубь полупроводника, неосновные притягиваются к границе раздела, накапливаясь в потенциальной яме. Накопленный заряд пропорционален световому потоку, падающему на поверхность ячейки, и времени.

Таким образом, в ячейках ПЗС производится запись световой информации в виде зарядов различной величины, затем заряды перемещаются поочередно на выход, где преобразуются в электрическое напряжение следующих поочередно импульсов, амплитуда которых пропорциональна освещенности. Устройство преобразователя — пластинка небольших размеров, на которую проектируется с помощью объектива световой поток от изображения. Через прозрачный диэлектрик свет воздействует на полупроводники каждой ячейки, образованной МДП-конденсатором.

На поверхности пластины размещено несколько сот тысяч элементарных МДП-конденсаторов. Каждому элементу изображения соответствует отдельный МДП-конденсатор. По сравнению с вакуумными передающими трубками данный прибор, обеспечивая такие же качественные показатели, имеет несравнимо меньшие габаритные размеры и массу, потребляет гораздо меньшую мощность, а самое главное, имеет большие надежность и срок службы.

Созданные на основе ПЗС устройства преобразования света в электрические сигналы в настоящее время успешно используют для измерений отдаленных и малодоступных объектов, например толщины раскаленного проката, лесоматериалов, размеров слитков кремния. Эти же приборы позволяют считывать различные надписи — номера вагонов, индексы на конвертах и т. д. Очень перспективно применение этих приборов в робототехнике.